DE102017115881A1

DE102017115881A1 - Wälzlagerkäfig

Info

Publication number: DE102017115881A1
Application number: DE102017115881.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Scheidel; Mario Bruckmann; Andreas-Johann Bohr
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2017-05-10
Filing date: 2017-07-14
Publication date: 2018-11-15

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig (1), der einen Käfigring (2) umfasst, von welchem Haltearme (3, 4) ausgehen, die Wälzkörpertaschen (5) bilden, wobei die Haltearme (3, 4) in Umfangsrichtung zwischen den Wälzkörpertaschen (5) durch in Axialrichtung an den Käfigring (2) anschließende Zwischenabschnitte (6) miteinander verbunden sind, welche in Radialrichtung im Vergleich zum Käfigring (2) sowie zu den Haltearmen (3, 4) geschwächt sind.
Erfindungsgemäß entspricht die in Radialrichtung des Käfigrings (2) gemessene Dicke (D₆) eines jeden Zwischenabschnitts (6) mindestens 10% und höchstens 20 % des Durchmessers (D₅) der Wälzkörpertasche (5).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Wälzlagerkäfig, nämlich Kugellagerkäfig, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Hintergrund der Erfindung
Ein derartiger Kugellagerkäfig ist beispielsweise aus der DE 10 2009 013 978 A1 bekannt. Dieser bekannte Kugellagerkäfig weist als Vorsprünge bezeichnete Halteklauen auf, durch welche Taschen gebildet sind, die der Aufnahme von Wälzkörpern, das heißt Kugeln, dienen. Die Vorsprünge sind durch Stegteile miteinander verbunden, wobei verschiedene Typen von Stegteilen orthogonal zueinander ausgerichtet sind. Erste Stegteile, welche in Radialrichtung des Wälzlagerkäfigs ausgerichtet sind, sind in Abschnitten eines ringscheibenförmigen Raums verteilt, wobei sich in Umfangsrichtung zwischen diesen Stegteilen jeweils eine Tasche des Wälzlagerkäfigs befindet. Zusammen mit schalenartigen Taschenteilen, welche zusammen mit jeweils zwei als Halteklauen ausgebildeten Haltearmen eine Tasche bilden, sind die Stege des ersten Typs integrale Bestandteile eines Käfigrings, welcher in einer zur Mittelachse des Wälzlagerkäfigs normalen Ebene liegt. Stege zweiten Typs befinden sich in Umfangsrichtung jeweils zwischen zwei Wälzkörpertaschen, wobei sie sowohl an einen Steg ersten Typs als auch an zwei Haltearme anschließen. Die in Radialrichtung des Wälzlagerkäfigs gemessene Stärke der Stege zweiten Typs ist geringer als die in derselben Richtung gemessene Stärke des Käfigrings, so dass am Umfang des Wälzlagerkäfigs verteilte, jeweils durch einen Steg zweiten Typs begrenzte Freiräume gebildet sind, welche zur Aufnahme von Schmiermitteln nutzbar sind.
Weitere, ebenfalls als Schnappkäfige gestaltete Wälzlagerkäfige für Kugellager sind zum Beispiel aus den Dokumenten DE 199 37 664 A1 , DE 10 2015 214 850 A1 und DE 10 2013 225 998 A1 bekannt.
Wälzlagerkäfige, insbesondere Schnappkäfige, aus Kunststoff sind rationell im Spritzgussverfahren herstellbar. Beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf das Dokument DE 10 2009 032 961 A1 hingewiesen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gegenüber dem Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten weiterentwickelten, auch für hohe Drehzahlkennwerte geeigneten Wälzlagerkäfig anzugeben.
Beschreibung der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Wälzlagerkäfig mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Weiter wird die Aufgabe gelöst durch ein Wälzlager, nämlich Kugellager, gemäß Anspruch 10.
Der Wälzlagerkäfig weist in an sich bekannter Grundkonzeption einen Käfigring auf, von welchem auch als Halteklauen bezeichnete Haltearme ausgehen, welche Wälzkörpertaschen bilden. Zwischen jeweils zwei in Umfangsrichtung benachbarten Wälzkörpertaschen sind die verschiedenen Wälzkörpertaschen zugeordneten Haltearme durch in Axialrichtung an den Käfigring anschließende Zwischenabschnitte miteinander verbunden. Die Zwischenabschnitte sind in Radialrichtung im Vergleich zum Käfigring sowie zu den Haltearmen geschwächt, das heißt vergleichsweise dünn.
Erfindungsgemäß entspricht die in Radialrichtung des Käfigrings gemessene Dicke eines jeden Zwischenabschnitts mindestens 10% und höchstens 20% des Durchmessers der Wälzkörpertasche, wobei der Durchmesser der Wälzkörpertasche näherungsweise mit dem Durchmesser der innerhalb eines komplett montierten Wälzlagers in der Wälzkörpertasche geführten Kugel übereinstimmt. In bevorzugten Bauformen des Wälzlagerkäfigs beträgt die in Radialrichtung des Käfigrings gemessene Dicke des Zwischenabschnitts mindestens 1 mm und maximal 5 mm.
Gemäß einer möglichen Ausgestaltung weist der Käfigring stirnseitig, jeweils einem Haltearm gegenüberliegend, Aussparungen auf. Bei diesen Aussparungen handelt es sich um sacklochartige, nicht notwendigerweise symmetrische Vertiefungen. Außerhalb dieser Aussparungen bildet die Stirnfläche des Käfigrings vorzugsweise eine in einer einzigen Ebene liegende Ringfläche. Durch die stirnseitigen Ausnehmungen im Käfigring ist die Masse sowie das Trägheitsmoment des Wälzlagerkäfigs signifikant reduziert, ohne nennenswerte Beeinträchtigungen hinsichtlich der mechanischen Stabilität in Kauf nehmen zu müssen. Hinsichtlich der geometrischen Präzision des Wälzlagerkäfigs sind die Aussparungen im Käfigring im Vergleich zu herkömmlichen Lagerkäfigen insofern von Vorteil, als durch die Aussparungen Materialanhäufungen vermieden werden, welche bei Fertigung des Käfigs im Spritzgussverfahren zu einem ungleichmäßigen Schrumpfungsverhalten aufgrund ungleicher Abkühlungsgeschwindigkeiten führen könnten. Zusammen mit den Zwischenabschnitten begünstigen die Aussparungen ein günstiges Verhältnis zwischen Masse und mechanischer Belastbarkeit des Wälzlagerkäfigs.
Einem Paar an Haltearmen, welche zusammen eine Wälzkörpertasche bilden, ist ein Paar an Aussparungen zugeordnet, welches - analog zu den Haltearmen - spiegelsymmetrisch gestaltet ist. Die in Axialrichtung des Käfigrings gemessene Tiefe einer jeden Aussparung nimmt hierbei vorzugsweise von der Mitte der Wälzkörpertasche zum Rand der Wälzkörpertasche hin, das heißt in Richtung zum der Wälzlagertasche benachbarten Zwischenabschnitt, zu. Vorzugsweise sind die Aussparungen derart konturiert, dass die der Stirnfläche des Käfigrings zugewandte Wandung der Wälzkörpertasche eine zumindest näherungsweise einheitliche Wandstärke aufweist.
Die minimale Wandstärke des Käfigrings ist in der Mitte einer jeden Wälzkörpertasche gegeben und in Axialrichtung des Wälzlagerkäfigs zu messen. Diese minimale Wandstärke wir auch als Bodenstärke bezeichnet. Die im Gegensatz zur Bodenstärke in Radialrichtung des Wälzlagerkäfigs zu messende Dicke des Zwischenabschnitts weicht von der Bodenstärke vorzugsweise um nicht mehr als 15% ab. Ausgehend von der Mitte einer Wälzkörpertasche, das heißt mit in Umfangsrichtung des Käfigrings zunehmendem Abstand von derjenigen Stelle, an welcher die Bodenstärke vorliegt, kann die Wandstärke des Wälzlagerkäfigs in Richtung zu den Haltearmen zunehmen.
In bevorzugten Bauformen des Wälzlagerkäfigs wird jeder Zwischenabschnitt sowohl in Radialrichtung nach außen als auch in Radialrichtung nach innen vom Käfigring überragt, wobei der Zwischenabschnitt vorzugsweise mittig zwischen dem Außenumfang und dem Innenumfang des Käfigrings angeordnet ist.
Die in Radialrichtung des Wälzlagerkäfigs gemessene Stärke des Käfigrings entspricht vorzugsweise der in derselben Richtung gemessenen Stärke der Haltearme. Jeder Haltearm tangiert somit auf seiner gesamten Länge einen gedachten, zum Wälzlagerkäfig konzentrischen Zylinder, dessen Durchmesser dem Innendurchmesser des Wälzlagerkäfigs entspricht. In analoger Weise tangiert jeder Haltearm auf der Außenseite des Wälzlagerkäfigs einen gedachten, um den Wälzlagerkäfig gelegten Zylinder, dessen Durchmesser dem Außendurchmesser des Wälzlagerkäfigs entspricht. Die Stärke des Käfigrings entspricht vorzugsweise mindestens der doppelten Dicke der Zwischenabschnitte.
Gemäß einer möglichen Weiterbildung laufen die einzelnen Zwischenabschnitte des Wälzlagerkäfigs in Axialrichtung, auf ihrer vom Käfigring abgewandten Seite, in Form eines Zapfens aus. Dieser Zapfen, welcher auch als Auswerferzapfen bezeichnet wird, ist bei der spritzgusstechnischen Herstellung des Wälzlagerkäfigs von Vorteil. Vorzugsweise sind die Zapfen gegenüber einer an die offene Seite der Wälzkörpertaschen angelegten Ebene in Richtung zum Käfigring zurückversetzt. Mit anderen Worten: die Haltearme ragen in Axialrichtung des Wälzlagerkäfigs über die Zapfen hinaus.
Der als Schnappkäfig gestaltete Wälzlagerkäfig ist vorzugsweise für die Verwendung in einem Rillenkugellager vorgesehen. Der Wälzkörperdurchmesser entspricht mindestens der 10-fachen Dicke und höchstens der 20-fachen Dicke eines Zwischenabschnitts des Käfigrings. Bei den Zwischenabschnitten des Wälzlagerkäfigs handelt es sich somit um im Vergleich zur Dimensionierung der Wälzkörper des Wälzlagers dünnwandige Strukturen, welche jedoch wesentlich zur Stabilität des gesamten Wälzlagerkäfigs beitragen.
Figurenliste
Der erfindungsgemäße Wälzlagerkäfig wird nachfolgend in zwei bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine räumliche Ansicht der Vorderseite einer ersten Ausführungsform eines als Schnappkäfig ausgebildeten Wälzlagerkäfigs für ein Kugellager,
2 einen Querschnitt durch einen Zwischenabschnitt des als Schnappkäfig ausgebildeten Wälzlagerkäfigs gemäß 1,
3 eine räumliche Ansicht der Rückseite des als Schnappkäfig ausgebildeten Wälzlagerkäfigs gemäß 1,
4 einen Querschnitt durch eine Tasche des als Schnappkäfig ausgebildeten Wälzlagerkäfigs gemäß 1,
5 einen Querschnitt durch eine Tasche des Wälzlagerkäfigs gemäß 1 mit einem in dieser geführten Wälzkörper,
6 eine räumliche Ansicht der Vorderseite einer zweiten Ausführungsform eines als Schnappkäfig ausgebildeten Wälzlagerkäfigs für ein Kugellager,
7 einen Querschnitt durch einen Zwischenabschnitt des als Schnappkäfig ausgebildeten Wälzlagerkäfigs gemäß 6.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf beide Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile, Strukturen oder Dimensionierungen sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Ein insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichneter Wälzlagerkäfig ist als Kunststoff-Schnappkäfig ausgebildet und für die Verwendung in einem Rillenkugellager vorgesehen. Der Wälzlagerkäfig 1 weist einen Käfigring 2 auf, welcher sich in einem fertig montierten Wälzlager parallel neben einer Reihe in den 1 bis 5 sowie in den 6 und 7 nicht dargestellter Wälzkörper, das heißt Kugeln, befindet. Lediglich in 5 ist eine Kugel 13 als Wälzkörper sichtbar. Lagerringe des den Wälzlagerkäfig 1 aufweisenden Wälzlagers, nämlich Kugellagers, sind in keinem Fall dargestellt. Bei dem Wälzlager handelt es sich um ein Radiallager.
An den Käfigring 2 sind Haltearme 3, 4 angeformt, welche die einzelnen Kugeln 13 teilweise umgreifen und auf Abstand zueinander halten. Hierbei bildet jeweils ein Paar an Haltearmen 3, 4 eine Wälzkörpertasche 5, die zur Aufnahme einer Kugel 13 vorgesehen ist. Die Haltearme 3, 4 benachbarter Wälzkörpertaschen 5 sind durch Zwischenabschnitte 6 miteinander verbunden, welche auch an den Käfigring 2 anschließen und sich von diesem aus in Axialrichtung des Wälzlagerkäfigs 1 und damit des gesamten Wälzlagers erstrecken. Jeder Zwischenabschnitt 6 weist im Wesentlichen eine Plättchen- oder Quaderform auf, welche dreiseitig mit dem übrigen Wälzlagerkäfig 1 verbunden ist.
Die in Radialrichtung des Wälzlagerkäfigs 1 gemessene, mit D₆ bezeichnete Dicke eines jeden Zwischenabschnitts 6 ist im Vergleich zu der in derselben Richtung gemessenen Stärke S₂ des Käfigrings 2 reduziert. In gleicher Weise sind die Zwischenabschnitte 6 im Vergleich zu den Haltearmen 3, 4, bezogen auf ihre in Radialrichtung gemessene Dicke D₆ , geschwächt. Die in Radialrichtung gemessene Dicke der Haltearme 3, 4 stimmt in den Ausführungsbeispielen mit der Stärke S₂ des Käfigrings 2 überein.
Die Schwächung der Zwischenabschnitte 6 im Vergleich zum Käfigring 2 sowie zu den Haltearmen 3, 4 drückt sich aus durch Vertiefungen 7, 8, welche am Innenumfang beziehungsweise am Außenumfang des Wälzlagerkäfigs 1 erkennbar sind.
Die den Haltearmen 3, 4 gegenüberliegende Stirnfläche des Käfigrings 2 weist, wie in 3 deutlich zu sehen ist, eine im Wesentlichen ebene Form auf. Diese ebene Oberfläche ist unterbrochen durch Aussparungen 9, 10, welche sich als sacklochartige Vertiefungen in den Käfigring 2 hinein erstrecken und jeweils einem Haltearm 3, 4 gegenüber liegen. Ebenso wie die Haltearme 3, 4 sind die Aussparungen 9, 10 spiegelsymmetrisch zu einer durch die Wälzkörpertasche 5 gelegten Mittelebene ME, die in 4 dargestellt ist, ausgebildet. Die Mittelachse des Wälzlagerkäfigs 1, das heißt die Rotationsachse des Wälzlagers, liegt in der genannten Mittelebene ME. Ausgehend von dieser Mittelebene ME nimmt die in Axialrichtung des Wälzlagerkäfigs 1 gemessene Tiefe einer jeden Aussparung 9, 10 zum Rand der Wälzkörpertasche 5 hin zu. Im Bereich des mit 11 bezeichneten Bodens der Wälzkörpertasche 5 ist damit eine näherungsweise einheitliche Wandstärke gegeben.
An derjenigen Stelle des Käfigrings 2, an der dieser von der Mittelebene ME geschnitten wird, das heißt in der Mitte der Wälzkörpertasche 5, ist eine in 5 sichtbare und mit D₁₁ bezeichnete Bodenstärke gegeben, welche die minimale - in Axialrichtung des Käfigrings 2 zu messende - Wandstärke des Wälzlagerkäfigs 1 darstellt. Ausgehend von dem Punkt, an welchem die Bodenstärke D₁₁ vorliegt, nimmt die allgemein mit W₅ bezeichnete Wandstärke in beiden Umfangsrichtungen, das heißt zu den Haltearmen 3, 4 hin, zu.
In beiden Ausführungsbeispielen befinden sich Vertiefungen 7, 8 sowohl am Innenumfang als auch am Außenumfang des Wälzlagerkäfigs 1. Die Wälzkörpertaschen 5 sind jeweils zur Führung von Wälzkörpern 13 mit einem Durchmesser D₁₃ , welcher annähernd dem Durchmesser D₅ der Wälzkörpertaschen 5 entspricht, vorgesehen. Bei den Wälzkörpern 13 kann es sich um metallische oder keramische Wälzkörper handeln.
Die innenseitige Vertiefungen 7 und außenseitigen Vertiefungen 8 sind gleich tief, was gleichbedeutend damit ist, dass die Zwischenabschnitte 6 mittig zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang des Käfigrings 2 angeordnet sind. Im Fall von 6 und 7 läuft jeder insgesamt flächige Zwischenabschnitt 6 in Form eines Zapfens 12 aus, welcher in Axialrichtung des Wälzlagerkäfigs 1 ausgerichtet, das heißt parallel zur Rotationsachse des Wälzlagers angeordnet ist. Die Zapfen 12 werden auch als Auswerferzapfen bezeichnet und sind insbesondere hinsichtlich der spritzgusstechnischen Herstellung des Wälzlagerkäfigs 1 von Vorteil. Unabhängig vom Vorhandensein eines Zapfens 12, welcher gegebenenfalls dem Zwischenabschnitt 6 zuzurechnen ist, erstrecken sich die Haltearme 3, 4 in Axialrichtung des Wälzlagerkäfigs 1 über die Zwischenabschnitte 6 hinaus. Damit ist ein günstiger Kompromiss zwischen der Stabilität des gesamten Wälzlagerkäfigs 1 und der für die Montage des Wälzlagers erforderlichen Elastizität der Haltearme 3, 4 erreicht.
Bezugszeichenliste

1: Wälzlagerkäfig
2: Käfigring
3: Haltearm
4: Haltearm
5: Wälzkörpertasche
6: Zwischenabschnitt
7: Innenseitige Vertiefung
8: Außenseitige Vertiefung
9: Aussparung
10: Aussparung
11: Boden
12: Zapfen
13: Kugel, Wälzkörper
D₅: Durchmesser der Wälzkörpertasche
D₆: Dicke des Zwischenabschnitts
D₁₁: Bodenstärke
D₁₃: Kugeldurchmesser
ME: Mittelebene
S₂: Stärke des Käfigrings

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009013978 A1 [0002]
DE 19937664 A1 [0003]
DE 102015214850 A1 [0003]
DE 102013225998 A1 [0003]
DE 102009032961 A1 [0004]

Claims

Wälzlagerkäfig (1), mit einem Käfigring (2), von welchem Haltearme (3, 4) ausgehen, die zur verliersicheren Aufnahme jeweils eines Wälzkörpers (13), nämlich einer Kugel, vorgesehene Wälzkörpertaschen (5) bilden, wobei die Haltearme (3, 4) in Umfangsrichtung zwischen den Wälzkörpertaschen (5) durch in Axialrichtung an den Käfigring (2) anschließende Zwischenabschnitte (6) miteinander verbunden sind, welche in Radialrichtung im Vergleich zum Käfigring (2) sowie zu den Haltearmen (3, 4) geschwächt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die in Radialrichtung des Käfigrings (2) gemessene Dicke (D₆) eines jeden Zwischenabschnitts (6) mindestens 10% und höchstens 20 % des Durchmessers (D₅) der Wälzkörpertasche (5) entspricht.
Wälzlagerkäfig (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Radialrichtung des Käfigrings (2) gemessene Dicke (D₆) des Zwischenabschnitts (6) nicht weniger als 1 mm und nicht mehr als 5 mm beträgt.
Wälzlagerkäfig (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfigring (2) stirnseitig, jeweils einem Haltearm (3, 4) gegenüberliegend, Aussparungen (9, 10) aufweist, deren in Axialrichtung des Käfigrings (2) gemessene Tiefe von der Mitte der Wälzkörpertasche (5) zum Zwischenabschnitt (6) hin zunimmt.
Wälzlagerkäfig (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (D₆) des Zwischenabschnitts (6) von der in der Mitte der Wälzkörpertasche (5) gemessenen Bodenstärke (D₁₁), das heißt Minimalstärke des Käfigrings (2), um nicht mehr als 15% abweicht.
Wälzlagerkäfig (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Wandstärke (Ws) von der Mitte der Wälzkörpertasche (5) zu den Haltearmen (3, 4) hin zunimmt.
Wälzlagerkäfig (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfigring (2) sowohl an dessen Außenumfang als auch an dessen Innenumfang über die Zwischenabschnitte (6) in Radialrichtung hinausragt, insbesondere gleich weit hinausragt.
Wälzlagerkäfig (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in Radialrichtung gemessene Stärke (S₂) des Käfigrings (2) der in derselben Richtung gemessenen Stärke der Haltearme (3, 4) entspricht.
Wälzlagerkäfig (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenabschnitte (6) stirnseitig, auf ihrer vom Käfigring (2) abgewandten Seite, in Form eines Zapfens (12) auslaufen.
Wälzlagerkäfig (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zapfen (12) gegenüber einer an die offene Seite der Wälzkörpertaschen (5) angelegten Ebene in Richtung zum Käfigring (2) zurückversetzt sind.
Wälzlager, mit einem als Schnappkäfig ausgebildeten Wälzlagerkäfig (1) nach Anspruch 1, sowie mit einer Anzahl Wälzkörper (13), nämlich Kugeln, wobei der Kugeldurchmesser (D₁₃) mindestens der 10-fachen und höchstens der 20-fachen Dicke (D₆) eines Zwischenabschnitts (6) des Käfigrings (2) entspricht.